黑寡妇在亚洲找到鹰眼，告诉他，他们有机会改变这一切。但他要求她不要给他希望。黑寡妇说她很抱歉以前没能做这件事。鹰眼是第一个测试“宇航服”的人，他去了他的农场，想去看他的家人，但是在他能去之前被拽了回来。
于是所有人开始了他们追逐“宝石们”的时间旅行。但他们所有人都只有一次尝试的机会，因为蚁人只剩下很少的皮姆粒子了。
星云与战争机器、黑寡妇和鹰眼一起飞行出发。黑寡妇和鹰眼让其他两个去取能量宝石，然后自己和飞船一起去取灵魂宝石。黑寡妇在鹰眼和她到底谁去牺牲来换取宝石而争吵之后，她扮演了卡魔拉2.0（她挣脱了鹰眼的控制，掉下悬崖，死了，再也不会出现了）。
来到2014年，星云和卡魔拉仍然忠于灭霸。在他们之间的对话中，星云的神经接口自行开启，并显示出对当前事件的记忆，因为它与她未来的接口相连。然后灭霸把她关了起来，因为他不相信她并想窃听她的接口。他看到了未来发生的一切，包括他的死亡。他、老卡魔拉和老星云来到了能量宝石行星，并俘虏了新星云。老星云用新星云更换了她的金色面板来模仿她，并带着能量宝石回到2019年。
雷神和火箭浣熊去阿斯加德。火箭浣熊用某种装置把简救了出来。雷神和他的母亲谈了很长一段时间。在他们离开之前，他还拿了他的锤子。
蚁人、美队、浩克和托尼将去2012年的纽约。浩克从古一法师那里找到了时间宝石。在浩克告诉她是奇异博士把它给其他人之后，她把宝石给了他。古一法师说奇异博士是最好的魔法师（她知道这一点，因为她能预知未来）。
在纽约战斗之后，托尼和美队试图从复仇者塔中找回权杖和宇宙立方。2012年的老洛基抓住了宇宙立方，带着它离开了，再也没有出现过。美队拿到了权杖，但他遇到了自己的“旧我”，不得不和自己战斗——他用权杖打自己。皮尔斯和鲁姆洛的客串并重现了《冬日战士》中在钢铁侠大厦里的电梯场景，但没有打斗场面。美队高喊“九头蛇万岁”来说服交叉骨把宇宙立方交给他。但他们还是需要靠一种方式才能找回宇宙立方。
然后蚁人将权杖带回2019年。
托尼和美队回到了1970年，因为在那里的旧的隐蔽设备中不仅有另一个宇宙立方，还有一些皮姆粒子。在这个过程中，他们两人学会了再次信任彼此。托尼和他的父亲谈话，并与他达成和解。他们得到宇宙立方和皮姆粒子，然后回到2019年。
浩克把所有的宝石都装在了手套上。雷神想自己来戴手套，但其他人说服他浩克是更好的选择。浩克的手臂严重烧伤，以至于无法再试了。
与此同时，老星云已经为灭霸的军队和他打开了从2014年的时间隧道。其他人并不知道这些，因为托尼把房间封锁了。灭霸从传送门进入，老星云摧毁了它。然后灭霸用一次爆炸摧毁了复仇者们的设施——这是最后的战斗开始和发生的地方。
新星云说服卡魔拉释放她，然后她们并肩战斗将老星云*了。
火箭浣熊等人差点被地下洪水淹死，但蚁人救了他们。鹰眼在地下找到了手套，带着它到处跑（没有戴上），一直在躲避灭霸的军队。
雷神、托尼和美队在和灭霸战斗。雷神重新穿上盔甲，蓄起胡须，看起来帅多了。美队竟然挥舞起了锤子。
灭霸几乎就要赢了。然而那些化为灰烬的人又通过奇异博士的传送门回来了。他们并没有通过那些传送门复活，他们只是出现在他们死亡的地方，然后奇异博士和他的团队通过传送门把他们带到复仇者联盟的基地。特查拉、舒利和奥科耶带来了瓦坎达的军队。蜘蛛侠透露说，他们都不知道发生了什么事。对于尘封已久的人来说，时间没有流逝。
美队高喊“复仇者联盟”。这是一场史诗般的战斗，也是规模最大的一场。托尼和蜘蛛侠花了一点时间重聚。这里的目标是怎么用蚁人的车将宝石带回来，并它们来抵御灭霸的新攻击。
